Дисциплина «Автоматизация технологических процессов и производств»
История развития автоматизации в промышленности
Автоматизированные системы (АС)
АСУ ТП
Ограничения в функционировании АСУ ТП
Иерархическая структура управления на предприятии
Распределенная АСУ ТП с НЦУ (Distributed Direct Digital Control - DDDC)
ФУНКЦИИ АСУ ТП
Распределение задач по уровням АСУ ТП
Подключение полевых устройств через станцию распределенной периферии
Станция распределенной периферии ЕТ 200М (фирма SIEMENS)
Узел распределенного ввода/вывода модели 2500 фирмы Eurotherm.
Модуль ввода/вывода ADAM-6024 фирмы ADVANTECH
Преобразователь расхода Сапфир 22ДД-Вн
Датчики линейных перемещений фирмы MTS Sensors
АЦП поразрядного уравновешивания (последовательного приближения)
ВНЕШНИЙ ВИД МЕХАНИЗМОВ МЭО
ОБЩАЯ ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ СХЕМА КОНТУРА РЕГУЛИРОВАНИЯ
ДВА КЛАССА ОБЪЕКТОВ РЕГУЛИРОВАНИЯ
ПЕРЕХОДНЫЕ ФУНКЦИИ (РАЗГОННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ)
ПРИМЕРЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ
ТРЕБОВАНИЯ К САР
СИСТЕМА С И-РЕГУЛЯТОРОМ
СИСТЕМА С И-РЕГУЛЯТОРОМ
ПЕРЕХОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ В САР С И-регулятором
ПИД-РЕГУЛЯТОР ТРИД РТП101/112/122
Десятиканальный ПИД регулятор на базе измерителя температуры ИТ1520 и блока реле.
АППАРАТНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ВЕРХНЕГО УРОВНЯ АСУ ТП
РАБОЧАЯ СТАНЦИЯ WIR-610FM
Промышленный панельный компьютер APC-3284/APC-3285 Процессор Intel Atom N270 1.6 GHz, Защита IP65
ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ВЕРХНЕГО УРОВНЯ АСУ ТП
ПРИМЕР ОТОБРАЖЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ НА ЭКРАНЕ МОНИТОРА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ SCADA
Визуализация управления стендом сушки и нагрева вакуум-камеры ЭСПЦ
ПРОМЫШЛЕННЫЕ СЕТИ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ В АСУ ТП
ХАРАКТЕРИСТИКИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ PROFIBUS
HART - ПРОТОКОЛ
OSI - модель взаимодействия открытых систем
ОСОБЕННОСТИ АППАРАТНЫХ СРЕДСТВ INDUSTRIAL ETHERNET
Siemens ESM TP80 (6GK1105-3AB10) — 8-портовый (RJ45) концентратор для технологии Industrial Ethernet
ПРИМЕРЫ АППАРАТНЫХ СРЕДСТВ INDUSTRIAL ETHERNET
Самописцы электронные Fuji Electric (Япония) серии PHU
Многоканальный электронный регистратор (самописец) с сенсорным управлением REGIGRAF (Ф1771-АД)
Место ПАЗ в АСУ ТП
ФАКТОРЫ, КОТОРЫЕ НЕОБХОДИМО УЧИТЫВАТЬ ПРИ ПОСТРОЕНИИ ПАЗ
Резервированный контроллер Simatic S7-400H
ВЗРЫВОЗАЩИТНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ АСУТП
6.13M
Categories: informaticsinformatics industryindustry

История развития автоматизации в промышленности

1. Дисциплина «Автоматизация технологических процессов и производств»


34 часа лекций (доцент Кривоносов В.А.)
34 часа лабор. (6 лабораторных работ) (доцент Полещенко Д.А.)
Курсовой проект (Кривоносов В.А.), ИТОГОВЫЙ ЭКЗАМЕН
.
Литература
1.Харазов В.Г. Интегрированные системы управления технологическими
процессами.С-Пб- Профессия, 2009-592 с.
2. Техническое и программное обеспечение распределенных систем
управления : учебное пособие / А.С. Анашкин, Э.Д. Кадыров, В.Г.
Харазов ; Под ред. д.т.н. проф. В.Г. Харазова. - СПб : Изд-во "Иван
Федоров", 2004. - 368 с. : 50 экз в библиотеке СТИ НИТУ МИСиС
2. Федоров Ю.Н. Справочник инженера по АСУ ТП: Проектирование и
разработка. Учебно-пр. пособие. М.: Инфра - Инженерия. 2008 г. 928 с.
(ЕСТЬ В ИНТЕРНЕТЕ).
3. Кривоносов В.А. Автоматизация технологических процессов и
производств. Методическое пособие. 2009. -60 с. Электронная версия.
4. Кривоносов В.А. Методические указания к выполнению курсового
проекта по дисциплине «Автоматизация технологических процессов и
производств». Ст.Оскол, 2008. - 32 с.
6. Дорф Р., Бишоп Р. Современные системы управления. – М.:
Лаборатория Базовых Знаний, Юнимедиастайл, 2002. – 831 с.

2. История развития автоматизации в промышленности


1756 г. – Н.И. Ползунов - поплавковый регулятор уровня воды в котле
паровой машины.
1784 г. – Д. Уатт – центробежный регулятор скорости паровой машины.
1868 г. – Д. Максвелл – исследование устойчивости замкнутой системы
регулирования паровой машины с регулятором Уатта.
1878 г. – И.А. Вышнеградский – работа «Об общей теории регуляторов».
Конец 19-го начало 20-го века – Работы А.М. Ляпунова, А. Гурвица, А.
Стодолы, И.Е. Жуковского, Г. Найквиста. Индустриализация, Мировые
войны.
1959 г. Порт-Артур (штат Техас) – АСУ ТП нефтеперегонным процессом с
ЭВМ, работающей в режимах «советчик оператора» и задатчик
аналоговым регулят.
1962 г. английская компания Imperial Chemical Industries представила
концепцию прямого (непосредственного) цифрового управления (ПЦУ или
НЦУ в русской технической литературе, Direct Digital Control – DDC в
англоязычной литературе).
1968 г. General Motors – первый ПЛК
1969 г. – первая ЛВС ARPANET (США). 1986 г. – ЛВС ИАСНЕТ (СССР).
1977 г. – Allan Bradley – ПЛК на базе микропроцессора Intel 8080

3. Автоматизированные системы (АС)

• Автоматизированная система (АС) – это
система, состоящая из персонала и комплекса
технических и программных средств автоматизации
его деятельности, реализующая информационную
технологию выполнения установленных функций. В
зависимости от объекта автоматизации, а также от
назначения и функций системы различают
автоматизированные системы управления
(АСУ), системы автоматизированного
проектирования (САПР), автоматизированные
информационные системы (АИС),
автоматизированные системы контроля и
учета (АСКУ), автоматизированные системы
научных исследований (АСНИ) и т.п.

4. АСУ ТП

• АСУ ТП – это АСУ, предназначенные для выработки и реализации
управляющих воздействий на технологических объектах управления
(ТОУ) с целью обеспечения наивысшего качества функционирования
ТОУ.
• ТОУ – это совокупность технологического оборудования
(электродвигатели, насосные агрегаты, вентиляторы, печи, горелки,
котлы и т.п.) и реализованного на нем по соответствующим
регламентам технологического процесса. Качество функционирования
АСУ ТП оценивается критерием качества управления.
• Критерий качества управления – численный показатель (скалярный
или векторный), характеризующий эффективность работы ТОУ,
значение которого зависит от управляющих воздействий. В качестве
критериев могут использоваться как технологические параметры
(температура, давление, максимальное отклонение от заданного
размера, содержание железа в концентрате), так и техникоэкономические показатели (удельные затраты сырья и энергии,
прибыль, производительность при выполнении требований по качеству
и т.п.).
• В составе АСУ ТП можно выделить :
• Распределенную Систему Управления ТП (РСУ)
• Подсистему Аварийных Защит (ПАЗ)

5. Ограничения в функционировании АСУ ТП

• Не меньшую роль, чем критерий качества
управления, в функционировании АСУ ТП играют
ограничения, которые должны соблюдаться при
выработке управляющих воздействий.
• Ограничения бывают двух видов:
• физические, которые не могут быть нарушены даже
при неправильном выборе управляющих
воздействий, и
• технологические, которые в принципе могут быть
нарушены, но эти нарушения приводят к
значительному ущербу.
• Примером физического ограничения является
максимальный расход природного газа на горелку
при полностью открытой заслонке.
• Примером технологических ограничений являются
ограничения на уровень металла в кристаллизаторе
машины непрерывного литья заготовок (МНЛЗ).
Выход за ограничения может приводить к дефектам в
непрерывно литой заготовке.

6.

7. Иерархическая структура управления на предприятии

АСУ предприятия
АСУ Произв. окатыш
АСУ ТП ДСП 1
АСУ Произв. стали
АСУ Произв. проката
АСУ ТП АКОС
АСУ ТП МНЛЗ 1

8. Распределенная АСУ ТП с НЦУ (Distributed Direct Digital Control - DDDC)

9. ФУНКЦИИ АСУ ТП

• ОСНОВНЫЕ:
• 1. Информационные (сбор,
предварительная обработка,
хранение, передача и
представление информации
пользователям в удобном для
них виде. Пользователями
могут быть люди,
функциональные задачи,
системы и подсистемы
управления)
• 2. Управляющие (выработка и
реализация управляющих
воздействий на объект
управления).
• ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ:
• 1. Контроль
работоспособности и
диагностика причин
неисправности аппаратных
средств АСУ ТП
• 2. Контроль
работоспособности и
определение характера сбоя
программных средств АСУ ТП

10. Распределение задач по уровням АСУ ТП

• На верхнем уровне с участием оперативного персонала
решаются задачи диспетчеризации процесса, оптимизации
режимов, подсчета технико-экономических показателей
производства, визуализации и архивирования процесса,
диагностики и коррекции программного обеспечения системы.
Верхний уровень АСУ ТП реализуется на базе серверов,
операторских (рабочих) и инженерных станций.
• На среднем уровне – задачи автоматического управления и
регулирования, пуска и останова оборудования, логикокомандного управления, аварийных отключений и защит.
Средний уровень реализуется на основе ПЛК.
• Нижний (полевой) уровень АСУ ТП обеспечивает сбор
данных о параметрах технологического процесса и состояния
оборудования, реализует управляющие воздействия.
Основными техническими средствами нижнего уровня являются
датчики и исполнительные устройства, станции
распределенного ввода/вывода, пускатели, концевые
выключатели, преобразователи частоты.

11. Подключение полевых устройств через станцию распределенной периферии

12. Станция распределенной периферии ЕТ 200М (фирма SIEMENS)

13. Узел распределенного ввода/вывода модели 2500 фирмы Eurotherm.

14. Модуль ввода/вывода ADAM-6024 фирмы ADVANTECH

15.

16.

17. Преобразователь расхода Сапфир 22ДД-Вн

Выходной сигнал 0-5 и 4-20 мА

18. Датчики линейных перемещений фирмы MTS Sensors

19. АЦП поразрядного уравновешивания (последовательного приближения)

20. ВНЕШНИЙ ВИД МЕХАНИЗМОВ МЭО

21. ОБЩАЯ ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ СХЕМА КОНТУРА РЕГУЛИРОВАНИЯ

22. ДВА КЛАССА ОБЪЕКТОВ РЕГУЛИРОВАНИЯ

С САМОВЫРАВНИВАНИЕМ
(СТАТИЧЕСКИЕ)
Общий вид передаточной
функции:
b1 S m b2 S m 1 bm 1 s
W (S )
e
n
n 1
a1 S a2 S an 1
- апериодические звенья 1-го,
2-го порядка, с
запаздыванием и без;
- колебательные звенья;
- реальные
дифференцирующие.
БЕЗ САМОВЫРАВНИВАНИЯ
(АСТАТИЧЕСКИЕ, ИНТЕГРИР.)
Общий вид передаточной
функции:
b1S m b2 S m 1 bm 1 s
W (S ) k n
e
n 1
S (a1S a2 S an 1 )

23. ПЕРЕХОДНЫЕ ФУНКЦИИ (РАЗГОННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ)


СТАТИЧЕСКИЕ ОБЪЕКТЫ
АСТАТИЧЕСКИЕ ОБЪЕКТЫ

24. ПРИМЕРЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ


СТАТИЧЕСКИЕ
1.
Печь. Вход – расход газа, выход
– температура.
2.
3.
Эл.двигатель постоянного
тока. Вход- напряжение
якоря, выход – скорость
вращения якоря.
Ёмкость для разбавления
пульпы. Вход –
соотношение расходов
пульпы и воды на
разбавление, выход –
плотность разбавленной
пульпы.
АСТАТИЧЕСКИЕ
1. Цилиндр с поршнем в системе
гидропривода. Вход – расход
масла в цилиндр, выход –
перемещение поршня.
2. Эл.двигатель постоянного тока.
Вход – напряжение якоря, выходугол поворота якоря.
3. Ёмкость для разбавления
пульпы. Вход – разность между
расходами на входе и выходе
емкости, выход – уровень в
ёмкости.

25. ТРЕБОВАНИЯ К САР

• 1. Устойчивость – способность возвращаться в
установившийся режим после прекращения
действия возмущений.
• 2.Высокая точность в установившихся режимах –
малая величина ошибки (рассогласования) после
завершения переходных процессов.
• 3.Высокое качество переходных процессов –
небольшое время регулирования,
перерегулирование, количество колебаний.
• 4.Грубость (робастность) – способность
сохранять качество работы при небольших
отклонениях параметров объекта от исходных
в процессе эксплуатации системы.

26. СИСТЕМА С И-РЕГУЛЯТОРОМ

27. СИСТЕМА С И-РЕГУЛЯТОРОМ

28. ПЕРЕХОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ В САР С И-регулятором

1.Статический объект
2.Астатический объект

29. ПИД-РЕГУЛЯТОР ТРИД РТП101/112/122

Цена от 2 030 руб. с НДС
УНИВЕРСАЛЬНЫЕ ВХОДЫ для
подключения любых
распространенных типов
датчиков.
ОДНО-, ДВУХ-,
ЧЕТЫРЕХканальное исполнение.
КАЖДЫЙ КАНАЛ приборов
работает ПАРАЛЛЕЛЬНО и
НЕЗАВИСИМО.
Двухстрочный цифровой
ДИСПЛЕЙ одновременно
отображает фактическое и
заданное значение измеряемого
параметра.
ПОДКЛЮЧЕНИЕ К ПК через
интерфейс RS485, протокол
обмена данных Modbus
RTU/ASCII.
ПИД-регулирование измеряемого
параметра.

30. Десятиканальный ПИД регулятор на базе измерителя температуры ИТ1520 и блока реле.

31.

32.

33. АППАРАТНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ВЕРХНЕГО УРОВНЯ АСУ ТП

• Исполнение – desktop или rackmounted
• - Процессор: Intel Pentium 4, 3.4
ГГц;
• - Память: DDR2 SDRAM до 4 ГБ;
• - Материнская плата: ChipSet Intel
945G;
• - Жесткий диск: SATA-RAID 1/2 x
120 ГБ;
• - Степень защиты: IP 31;
• - Температура эксплуатации: 5 –
45 C;
• - Влажность: 5 – 95 % (без
образования конденсата);
• - Операционная система: Windows
XP Professional/2003 Server.

34. РАБОЧАЯ СТАНЦИЯ WIR-610FM

Основные характеристики:
4U Промышленный компьютер
Системная плата формата ATX
Процессор Core2Duo/ PentiumD/
Pentium4/ CeleronD
до 7-и слотов расширения
Слоты PCI, PCI-E
DVD (DVD-RW)
До 5-и жестких дисков ATA, S-ATA или
SCSI
Сетевой интерфейс: 10/100Mbps
(100/1000Mbps) up to DUAL-port
Скоростной интерфейс обмена
данными: USB 2.0

35. Промышленный панельный компьютер APC-3284/APC-3285 Процессор Intel Atom N270 1.6 GHz, Защита IP65

36. ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ВЕРХНЕГО УРОВНЯ АСУ ТП

1.
2.
3.
Операционная система. Чаще всего семейства Windows
(Windows NT 4.0, Windows 2000/XP, Windows 2003 Server).
SCADA – система (WinCC, Intouch, Trace Mode, GENESIS 32,
Citect, iFIX, Master SCADA). Основные функции:
Отображение технологической информации в удобной для
человека графической форме (как правило, в виде
интерактивных мнемосхем) – Process Visualization;
Отображение аварийных сигнализаций технологического
процесса – Alarm Visualization;
Архивирование технологических данных (сбор истории
процесса) – Historical Archiving;
Предоставление оператору возможности манипулировать
(управлять) объектами управления – Operator Control;
Контроль доступа и протоколирование действий оператора –
Access Control and Operator’s Actions Archiving;
Автоматизированное составление отчетов за произвольный
интервал времени (посменные отчеты, еженедельные,
ежемесячные и т.д.) – Automated Reporting.
Прикладные программы (оптимизация режима, адаптация
регуляторов и т.п.)

37. ПРИМЕР ОТОБРАЖЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ НА ЭКРАНЕ МОНИТОРА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ SCADA

38.

39. Визуализация управления стендом сушки и нагрева вакуум-камеры ЭСПЦ

40. ПРОМЫШЛЕННЫЕ СЕТИ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ В АСУ ТП

Вычислительные сети – основа построения распределенной АСУ ТП.
Сети передачи данных, используемые в АСУ ТП, можно условно
разделить на два класса:
Полевые шины (Field Buses):

Profibus DP ;

Profibus PA;

AS;

Modbus RTU;

HART;

DeviceNet;
Сети верхнего уровня (операторского уровня, Terminal Buses):
Industrial Ethernet:
- Profinet;
- EtherCAT;
- Ethernet Powerlink;
- Ether/IP.

41.

42. ХАРАКТЕРИСТИКИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ PROFIBUS


ХАРАКТЕРИСТИКИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ PROFIBUS
1. Экранированная витая пара.
2. Последовательный интерфейс RS 485 и дифференциальные
сигналы напряжения (повышается помехозащищенность).
3. Расстояние до 9,6 км.
4. До 32 станций на сегмент. Всего до 127 станций. Сегменты
соединяются через повторители.
5.Скорость от 9,6 Кбит/с до 12 Мбит/с. Максимальная длина
сегмента зависит от скорости передачи.
6. Сегменты подключаются через повторители RS 485.
7.Топология шинная или древовидная.
8. В зонах повышенной опасности рекомендуется использовать
протокол PROFIBUS PA. Скорость передачи данных 31,25 Кбит/с.
Кодирование информации токовым сигналом.
9. Согласование сигналов DP и PA сегментов осуществляется при
помощи специальных DP/PA соединителей.

43. HART - ПРОТОКОЛ


HART-протокол (англ. Highway Addressable Remote Transducer Protocol).
Цифровой сигнал в виде частотно модулированного сигнала накладывается
на аналоговый токовый сигнал 4-20 мА.
Питание датчика и снятие его показаний осуществляется по паре проводов.
К одной паре проводов может быть подключено несколько датчиков.
Протокол HART поддерживается всеми ведущими производителями
оборудования и программного обеспечения в области промышленной
автоматизации.
В России данный протокол поддерживает ПГ "Метран"
Преимущества
высокая помехозащищённость
простота и низкая стоимость монтажа
дешевизна
широкая распространённость в мире и России
Недостатки
малые скорости (1200 бод).
сложность в обеспечениии взрывозащиты.

44. OSI - модель взаимодействия открытых систем

45. ОСОБЕННОСТИ АППАРАТНЫХ СРЕДСТВ INDUSTRIAL ETHERNET

Коммутаторы, маршрутизаторы, медиа-конверторы.
1. Отсутствие вентиляторов ( работают в условиях запыленности);
;
2. Широкий температурный диапазон (- 40 + 70 o C)
3. Надежное крепление (на DIN-рейку), подключение проводов с помощью
винтовых зажимов;
4. Низковольтные дублированные источники питания, работающие при
значительных колебаниях напряжения в сети и при кратковременных
отключениях питания.
5. Использование в оборудовании высокоскоростных технологий
восстановления работоспособности (HIPER-Ring, eRSTP, Super-Ring и
т.д.) которые многократно превосходят по скорости офисный SpanningTree (STP) и RSTP.
6. Industrial Ethernet оборудование обязательно должно пройти тесты на
электромагнитную совместимость (EMC) согласно требованиям IEC
61000-4, IEEE C37.90. Тесты на вибрацию IEC 60255-21 и защиту от
попадания влаги или посторонних частиц IEC 60529, NEMA 6 (IP67) и т.д.
7. Увеличенный жизненный цикл (10 – 15 лет).

46. Siemens ESM TP80 (6GK1105-3AB10) — 8-портовый (RJ45) концентратор для технологии Industrial Ethernet

47. ПРИМЕРЫ АППАРАТНЫХ СРЕДСТВ INDUSTRIAL ETHERNET

48. Самописцы электронные Fuji Electric (Япония) серии PHU

49. Многоканальный электронный регистратор (самописец) с сенсорным управлением REGIGRAF (Ф1771-АД)

4/8/16 каналов.
RS-485, RS-232, Ethernet. IP 20.
Объём памяти до 10 млн. измерений.

50. Место ПАЗ в АСУ ТП

51. ФАКТОРЫ, КОТОРЫЕ НЕОБХОДИМО УЧИТЫВАТЬ ПРИ ПОСТРОЕНИИ ПАЗ

• 1. Категория взрывоопасности производства.
• 2. Последствия от «опасных» отказов ПАЗ (система не
сработала в момент наступления опасного события)
• 3. Последствия от «безопасных» отказов ПАЗ (система ложно
сработала и остановила производство при отсутствии опасного
события)
• 4. Влияние «человеческого фактора» на производственный
процесс.
• 5. Статистика по структуре отказов технических средств
автоматизации :
• Датчик 35 %
• Контроллер 10 %
• Исполнительный механизм 55 %

52. Резервированный контроллер Simatic S7-400H

53. ВЗРЫВОЗАЩИТНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ АСУТП

54.

https://youtu.be/D3HYlrJHnQ8 Автоматизация котла
https://youtu.be/naG0Tlxbsqs Ручной розжиг котла
https://youtu.be/7qSlkb8VojM Автоматизация ктла ДКВР
https://youtu.be/-jQgChq-oG8 Переработка электрон. отходов
English     Русский Rules